Real-Time Overvågning af Overstrømstopper i 10kV GIS Kabinetter: Forbedring af Jernbane Strømsystemets Sikkerhed

1 Forskningsbaggrund

Metalloxidblitzafledere, som er forseglet i kabinetter, udsættes konstant for systemspænding, hvilket indebærer en risiko for aldringsrelaterede fejl, endda nedbrud/eksplosioner, der kan forårsage elektriske brande. Derfor er regelmæssig inspektion og vedligeholdelse nødvendigt. Traditionel kontrol på et cyklus af 3-5 år (strømafbrydning, fjernelse af blitzaflederen til test; geninstallation hvis erstattet) indebærer sikkerhedsrisici og møder med vanskeligheder i forhold til at overholde standarder baseret på plads og miljø.

2 Overvågningsprincip for 10kV GIS-kabinetblitzafleder

For at sikre højhastighedstogets sikkerhed, muliggøre realtidsovervågning af status for 10kV GIS-kabinetblitzafledere, vurdere levetid og erstatte udløbne på tid, er det afgørende at udvikle et overvågningsystem.

Under normal drift af GIS-kabinet viser blitzafledere høj impedans; under jordfejl frigiver de energi og genvinder hurtigt høj impedans for at blokere jordstrøm. Normalt er strømmen (tiere af mA, ~10mA resistiv komponent) minimal. Aldring eller fuktbeskadigelse øger den resistive strøm, men mindre problemer forårsager ikke tydelige stigninger, hvilket hindrer tidsnøjagtig opdagelse af farer og truer togets sikkerhed. Derfor er analyse og metoder til resistiv strøm (kompen­sation, samlet strøm, tredje harmonisk) nødvendige.

For at forbedre sikkerheden er der designet en omfattende enhed til overvågning af strøm (princip i figur 1). Den overvåger flere blitzafledere online, sporer parametre som strøm. Når den aktiveres, initialiserer den, gennemfører sensorchecks, håndterer fejl hurtigt og sender data til servere via 5G for fjernovervågning.

3 Implementering af overvågningsystemet for blitzafledere i GIS-kabine i 10kV understationer

Baseret på overvågningsprincippet er systemet designet og implementeret. Hvert subsystem til online-overvågning af blitzafledere transmitterer data til det interne understationsystem. Det kan indsamle parametre som antallet af blitzaflederoperationer, strøm, tidsstempel for operationer (nøjagtigt til sekundet) og topudløsningsstrøm under operationer.

Blitzafledere bruger nul-flux-strømsensorer til at indhente signalet for den samlede strøm. Disse signaler udføres derefter gennem hurtig Fourier-transformation (FFT) - en effektiv algoritme, der reducerer beregningskompleksiteten, mens den muliggør hurtig beregning af Fourier-transformationer og deres inverse, gør det til en uundværlig matematisk værktøj i strømsystemer. FFT dekomponerer strømsignaler for at identificere harmoniske komponenter og analysere frekvensbaserede harmoniske.

GIS i 10kV understationer lider af alvorlig tredje-harmonisk-forurening, hvilket øger systemtab, hæver belastninger og forhindrer overvågning af blitzafledere - truer strømsikkerheden og stabiliteten i togsystemet. Derfor anvender systemet tredje-harmonisk-metoden: analyse af "tredje-harmoniske" data (tre gange 50Hz grundfrekvensen) dekomponeret via FFT. Den integrerede overvågningsenhed forbinder til blitzafledersensore via RS485-grænseflader, hvilket gør det muligt at indsamle data fra op til 32 skiftestykkes blitzafledere.

3.1 Dataoverførsel og smart analyse

Den integrerede overvågningsenhed bruger en 5G-kommunikationsmodul til hurtig transmission af detectionsdata til skyplatformen. Platformen analyserer status for blitzaflederoperationer, udløser alarme for anomalier og uploader data periodisk. Automatisk dataanalyse genererer anbefalinger - f.eks. tidsnøjagtig erstatning af blitzafledere eller livscyklusforudsigelser. Indsamlingssystemet understøtter planlagt dataupload og aktiv upload under anomalier (som vist i figur 2).

3.2 Systemdrift og -administration

Efter implementering behandler enheden totalstrøm, tredje harmonisk og operationsdata for at beregne totalstrøm, resistiv strøm og operationsinfo - transmitteret til skyen via 5G. Skyplatformen viser livscykluskurver for blitzafledere og advarselsnotifikationer, hvilket muliggør realtidsovervågning af livscyklus og operation. Understations-backend-software gemmer alle detectionsdata, med konfigurerbar daglig uploadhyppighed/timing. Hvis strømmen overstiger 10% af baselinjen, udløser systemet alarme.

Nøgletekniske parametre er sat som i tabel 1. Overvågningsystemet er installeret og fungerer, med debugging justeret efter vedligeholdelseskaldender. Det opnår livscyklusadministration af blitzafledere, realtidsovervågning og forbedret vedligeholdelseseffektivitet - hæver standarderne for strømsystemadministration.

4 Konklusion

Det reelle overvågningsystem for driftsstatus for blitzafledere i GIS-kabine i 10kV understationer transmitterer indsamlede data til backend-overvågnings­systemet via 5G-trådløs transmission. Samtidig genererer det i backend-overvågnings­systemet kurver for ændringer i blitzafledernes levetid og advarselsnotifikationer for blitzaflederoperationer, hvilket muliggør realtidsoverblik over blitzafledernes levetid og driftsstatus.

Design og implementering af dette system forbedrer præcisionen af driftsmonitoring for blitzafledere i GIS-kabine i 10kV understationer, reducerer vedligeholdelsesomkostninger og forebygger store ulykker. Desuden forbedrer det strømsikkerheden for drift af højhastighedstog.